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Fisica e Modello Standard | Raro decadimento osservato da NA62 al Cern. Il contributo Unife

31/07/2020

Scienza, cultura e ricerca

Un altro fondamentale obiettivo per mettere alla prova il Modello Standard, la teoria che a oggi meglio descrive le particelle elementari che compongono l'universo e le loro interazioni, è stato centrato dal CERN di Ginevra.

La nuova prova viene dall'esperimento NA62, che ne ha dato notizia al congresso International Conference on High Energy Physics 2020 (ICHEP 2020) a Praga lo scorso 28 luglio. Al risultato, cercato e atteso da molti anni, ha preso parte anche la sezione INFN di Ferrara con il team coordinato dal Professor Ferruccio Petrucci, del Dipartimento di Fisica e Scienze della Terra di Unife, che ci aiuta a capire la nuova scoperta.

Che cosa è stato annunciato a Praga?

Abbiamo registrato 17 eventi in cui è possibile individuare un processo rarissimo di decadimento di particelle. Si tratta della misura del decadimento del mesone K carico positivamente in un mesone pi greco e in una coppia neutrino-antineutrino.

Ci può spiegare la particolarità di questo processo?

Neutrini e antineutrini non lasciano traccia nei rivelatori: questo rende molto difficile alla strumentazione identificare questi decadimenti, che per giunta sono piuttosto rari: il Modello Standard ne prevede 8 ogni 100 miliardi! Proprio la rarità di questi decadimenti che li qualifica come ottimi test per la teoria.

Come ci siete riusciti?

Abbiamo progettato un esperimento in grado di raccogliere e ricostruire 2 miliardi di miliardi di decadimenti, scegliendo quelli con le caratteristiche giuste e soprattutto eliminando i tanti eventi di fondo.

I vostri risultati cosa aggiungono alla comprensione del Modello?

Il Modello Standard risulta ancora vincente: i 17 eventi trovati si traducono in una probabilità compatibile con le previsioni.

Come è nata la partecipazione del team da lei diretto?

Questo esperimento, che coinvolge circa 200 fisici da Europa, Stati Uniti, Canada, Messico e Russia, nacque con la poco rassicurante fama di voler vedere l'invisibile: riuscire a identificare decadimenti in cui solo uno, dei tre prodotti, può essere visto significa puntare su una scommessa difficile. Proprio qui interviene il rivelatore cui ha lavorato Ferrara: occorreva sapere tutto anche della traccia del mesone K prima del decadimento, quindi avere un rivelatore preciso del fascio di K in ingresso.

Come funziona questo strumento?

E' un rivelatore di silicio di piccole dimensioni, 7 x 10 cm, ma riesce, con i suoi 18000 canali a misurare posizione e tempo, senza bloccarsi per l'enorme flusso di particelle che lo attraversa. Preciso: abbiamo una misura dell'istante in cui il mesone passa con la incertezza di 0.2 miliardesimi di secondo. Gli abbiamo anche dato un nome, Gigatracker, perché riceve circa 1 miliardo (1 giga!) di particelle al secondo. Tutta l'elettronica di lettura di questo rivelatore è stata costruita a Ferrara, e da Ferrara viene mantenuta efficiente  e pronta per le prossime sessioni di presa dati.

Una vista della mainboard progettata e costruita Ferrara per il Gigatracker

Una vista della mainboard progettata e costruita Ferrara per il Gigatracker

Il gruppo Unife

I fisici e i tecnologi che a Ferrara contribuiscono all'esperimento NA62:

Ferruccio Petrucci, responsabile; Alberto Gianoli, vice; Angelo Cotta Ramusino; Pietro Dalpiaz; Massimiliano Fiorini; Ilaria Neri; Alan Norton; Heinrich Wahl

e i tecnici elettronici:

Stefano Chiozzi, Roberto Malaguti

Per approfondire (da sito INFN)